传感器原理及应用复习题
一、填空题（每题3分）
1、传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件、产生可用信号输出的转换元件、以及相应的基本转换电路组成。
2、金属材料的应变效应是指金属材料在受到外力作用时，产生机械变形，导致其阻值发生变化的现象。
3、半导体材料的压阻效应是半导体材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化。
4、金属丝应变片和半导体应变片比较其相同点是它们都是在外界力作用下产生机械变形，从而导致材料的电阻发生变化。
5、金属丝应变片和半导体应变片比较其不同点是金属材料的应变效应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半导体材料则正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主，而机械形变为辅。
6、固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称压阻效应。
7、应变式传感器是利用电阻应变片将材料应变转换为电阻变化的传感器。
8、要把微小应变引起的微小电阻变化精确地测量出来，需采用特别设计的测量电路，通常采用电桥电路。
9、电容式传感器利用了将非电量的变化转换为电容量的变化来实现对物理量的测量。
10、变极距型电容传感器做成差动结构后，灵敏度提高原来的2倍。
11、电容式传感器的优点主要有测量范围大、灵敏度高、动态响应时间短、机械损失小、
结构简单、适应性强。
12、电容式传感器主要缺点有寄生电容影响较大、当电容式传感器用于变间隙原理进行测量时具有非线性输出特性。
13、电感式传感器是建立在电磁感应基础上的一种传感器。
14、电涡流传感器从测量原理来分，可以分为高频扫射式和低频透射式两大类。
15、电感式传感器可以分为自感式、互感式、涡流式三大类。
16、压电式传感器可等效为一个电荷源和一个电容并联，也可等效为一个与电容相串联的电压源。
17、压电式传感器是一种典型的自发电型传感器(或发电型传感器) ，其以某些电介质的压电效应为基础，来实现非电量检测的目的。
18、某些电介质当沿一定方向对其施力而变形时内部产生极化现象，同时在它的表面产生符号相反的电荷，当外力去掉后又恢复不带电的状态，这种现象称为（正压电）效应；在介
质极化方向施加电场时电介质会产生形变，这种效应又称电致伸缩效应。
19、热电动势来源于两个方面，一部分由两种导体的接触电势构成，另一部分是单一导体的温差电势。
20、补偿导线法常用作热电偶的冷端温度补偿，它的理论依据是中间温度定律。
21、常用的热电式传感元件有热电偶和热敏电阻。
22、热电偶是将温度变化转换为电势的测温元件，热电阻和热敏电阻是将温度转换为电阻变化的测温元件。
23、热电阻最常用的材料是铂和铜，工业上被广泛用来测量中低温区的温度，在测量温度要求不高且温度较低的场合，铜热电阻得到了广泛应用。
24、热电阻引线方式有三种，其中三线制适用于工业测量，一般精度要求场合；二线制适用于引线不长，精度要求较低的场合；四线制适用于实验室测量，精度要求高的场合。
25、用石英晶体制作的压电式传感器中，晶面上产生的（电荷）与作用在晶面上的压强成正比，而与晶片几何尺寸和面积无关。
26、金属应变片的弯曲半径越大，其横向效应也越大。
27、影响金属导电材料应变灵敏系数K。的主要因素是导电材料几何尺寸的变化。
28、传感器的基本特性通常指的是传感器的输入和输出之间的关系特性。
29、常用的基本电量传感器包括电阻式、电感式和电容式传感器。30．半导体气体传感器可分为_ 电阻式_与__ 非电阻式_两大类。
31．用半导体制成霍尔组件的测量误差主要来自于__ 温度误差和__ 零位误差_。32．霍尔传感器的零位误差主要包括不等位电势和__寄生直流电动势。
1.33.半导体热敏电阻分（正温度系数热敏电阻）（负温度系数热敏电阻）（临界温度系热敏电阻）三类。
二、选择题
1、金属丝应变片在测量构件的应变时，电阻的相对变化主要由( B)来决定的。
A、贴片位置的温度变化
B、电阻丝几何尺寸的变化
C、电阻丝材料的电阻率变化
D、外接导线的变化
2、不能用涡流式传感器进行测量的是( D ) 。
A 位移
B 材质鉴别
C 探伤
D 非金属材料
3、通常所说的传感器核心组成部分是指：（ B ）
A、敏感元件和传感元件
B、敏感元件和转换元件
C、转换元件和调理电路
D、敏感元件、调理电路和电源
4、为提高电桥的灵敏度，可采取的方法是：（ C ）。
A、半桥双臂各串联一片电阻应变片；
B、半桥双臂各并联一片电阻应变片；
C、适当提高电桥的电源电压；
D、增大应变片的初始电阻值。
5、一阶传感器输出达到稳态值的10%到90%所需的时间是( B )。
A、延迟时间
B、上升时间
C、峰值时间
D、响应时间
6、传感器的下列指标全部属于静态特性的是( C)。
A、线性度、灵敏度、阻尼系数
B、幅频特性、相频特性、稳态误差
C、迟滞、重复性、漂移
D、精度、时间常数、重复性
7、（本题为多选题）利用霍尔片，我们可以测量一步到位哪些物理量（ABCD）。
A、磁场；
B、电功率；
C、载流子浓度；
D、载流子类型。
8、属于传感器动态特性指标的是( B)。
A、重复性
B、固有频率
C、灵敏度
D、漂移
9、影响金属导电材料应变灵敏度系数K的主要因素是(B )。
A、导电材料电阻率的变化
B、导电材料几何尺寸的变化
C、导电材料物理性质的变化
D、导电材料化学性质的变化
10、电阻应变片的线路温度补偿方法有(B)。
A、差动电桥补偿法
B、补偿块粘贴补偿应变片电桥补偿法
C、补偿线圈补偿法
D、恒流源温度补偿电路法
11、试题关键字：变间隙式。当变间隙式电容传感器两极板间的初始距离d增加时，将引起
传感器的( B )。
A、灵敏度增加
B、灵敏度减小
C、非线性误差增加
D、非线性误差不变
12、（本题为多选题）电容式传感器中输入量与输出量的关系为线性的有（AB）。
A、变面积型电容传感器
B、变介质型电容传感器
C、变电荷型电容传感器
D、变极距型电容传感器
13、交流电桥的平衡条件为(B)。
A、相邻桥臂阻抗值乘积相等
B、相对桥臂阻抗值乘积相等
C、相对桥臂阻抗值比值相等
D、相邻桥臂阻抗值之和相等
14、下列说法正确的是(D)。
A、差动整流电路可以消除零点残余电压，但不能判断衔铁的位置。
B、差动整流电路可以判断衔铁的位置和运动方向。
C、相敏检波电路可以判断位移的大小，但不能判断位移的方向。
D、相敏检波电路可以判断位移的大小和位移的方向。
15、石英晶体在沿电轴X方向的力作用下会(D)。
A、不产生压电效应
B、产生逆向压电效应
C、产生横向压电效应
D、产生纵向压电效应
16、为了减小热电偶测温时的测量误差，需要进行的温度补偿方法不包括( D )。
A、补偿导线法
B、电桥补偿法
C、冷端恒温法
D、差动放大法
17、热电偶测量温度时( D )。
A、需加正向电压
B、需加反向电压
C、加正向、反向电压都可以
D、不需加电压
18、镍铬-镍硅热电偶灵敏度为0.04 mV/°C，把它放在温度为1200℃处，若以指示仪表作为
冷端，此处温度为50°C，则热电势大小（B ）mV。
A、60；
B、46；
C、56；
D、66。
19、已知在某特定条件下材料A与铂配对的热电势为13.967 mV，材料B与铂配对的热电势
是8.345 mV，则在此特定条件下，材料A与材料 B配对后的热电势为（A）mV。
A、5.622；
B、6.622；
C、7.622；
D、8.622。
20．当变间隙式电容传感器两极板间的初始距离d增加时，将引起传感器的（BD ）。
A．灵敏度增加B．灵敏度减小
C．非统性误差增加D．非线性误差减小
21 超声波传感器的声波频率（D）
A．低于16Hz Ｂ．低于10kHz
Ｃ．高于10kHz Ｄ．高于20kHz
22、以下属于无源型传感器是（D）
A．发电型Ｂ．热电偶
Ｃ．压电式传感器Ｄ．电阻式传感器
23. 以下不属于电容式传感器测量电路的是（ A ）
A ．调频电路 Ｂ．放大器
Ｃ．交流电桥 Ｄ．脉冲电路
24. 以下特性属于传感器动态特性的是（ A ）
A ．瞬态响应 Ｂ．线性度 Ｃ．灵敏度 Ｄ．稳定性
25. 电涡流传感器常用的材料为（ D ）
A ．玻璃 Ｂ．陶瓷 Ｃ．高分子 Ｄ．金属
1.下列四种光电元件中，基于外光电效应的元件是：（ C ）
A 、光敏二极管
B 、硅光电池
C 、光电管
D 、光导管
2．光纤传感器的种类很多，工作原理也各不相同，但都离不开（ C ）
A 、光的调制一个环节；
B 、光的解调一个环节；
C 、调制与解调两个环节；
D 、光的反射
3. 在光线作用下，半导体的电导率增加的现象属于（ ）。
A 、外光电效应
B 、光生伏特效应
C 、光电发射
D 、光电导效应
4．光电管传感器所加的电源电压（ ）
A 、正向电压；
B 、交流电压；
C 、感应电压；
D 、反向电压；
5. 磁敏传感器中将被测物理量转换为霍尔电势的传感器是利用（ ）
A ．压电效应原理 Ｂ．力学效应原理 Ｃ．光电效应原理 Ｄ．霍尔效应原理
6. 利用半导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件是（ ）
A ．光敏电阻 Ｂ．热敏电阻 Ｃ．磁敏电阻 Ｄ．力敏电阻
7. 以下属于无源型传感器是（ B ）
A 、发电型 Ｂ、热电偶 Ｃ、气敏传感器 Ｄ、电阻式传感器
8. 利用霍尔效应制成的传感器是（C ）
A ．应变式传感器 Ｂ．温度传感器 Ｃ．霍尔传感器 Ｄ．气敏传感器
9、光纤的数值孔径NA 的大小为（ C ）
A 、n 12-n 22；
B 、n 22-n 12；
C 、2221n n -；
D 、2122n n - 10、光电管传感器(光电倍增管)的制作原理是（ ）
A 、内光电效应；
B 、光生伏特效应；
C 、外光电效应；
D 、压差效应。
11. 不能采用非接触方式测量的传感器是：（ ）。
A 、霍尔传感器；
B 、光电传感器；
C 、热电偶；
D 、涡流传感器
12、直流电桥的平衡条件为( )。
A、相邻桥臂阻抗值乘积相等
B、相对桥臂阻抗值乘积相等
C、相对桥臂阻抗值比值相等
D、相邻桥臂阻抗值之和相等
预测题
2.对于正弦输入信号，传感器的响应称为频率形影或稳态响应，对于阶跃信号，则称为阶跃响应或瞬态响应。
三、判断题（在你认为对的判断后打√，错的判断后打?，每题1分，10题共10分）
1，压电式传感器具有体积小、结构简单等优点，适合于频率较低的被测量的测量，甚至是静态量的测量。（?）
2.线性度是传感器的静态特性之一。（√）
3.电涡流式传感器可以进行无接触测量和探伤。（√）
4.应变片式压力传感器仅能对压力进行测量。（×）
5.时间响应特性为传感器的静态特性之一。（×）
6.电阻应变片式传感器可以对位移、加速度、压力等进行测量。（√）
7.在传感器的基本特性中，瞬态响应特性是其动态特性之一。（√）
8.电涡流式传感器不可以进行无接触测量。（×）
9.电容式传感器可以对位移、加速度、压力等进行测量。（√）
10.传感器的稳态响应指的是输入信号为正弦信号的频率响应。（√）
11.超声波测流速的机理是它在静止流体和流动流体中的传播速度不同。（√）
13.传感器按输入量分为模拟式和数字式传感器。（×）
14.电涡流式传感器属于电容式传感器，可以用于无损探伤。（×）
17．光纤传感器最基本的工作原理离不开光的调制和解调两个环节。（对）
18．磁敏二极管是根据光生伏特效应制成的。（错）
19．光电管和光电倍增管是利用内光电效应制成的。（错）
20．光敏电阻的暗阻越大越好，而亮阻越小越好，也就是说暗电流要小，亮电流要大。这样光敏电阻的灵敏度就高。（对）
21．光电管传感器所加的电源电压为反向电压。（对）；
22．光电管传感器的制作原理是根据光生伏特效应制成的。（错）；
23．玻尔帖电势（接触电势）只与两种金属接点的温度有关。（错）；
24．光电材料在光的照射下，电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。（对）；
25．光电倍增管的作用是改变光电管检测光电流的信噪比。 （对 ）；
26．半导体电阻型气敏传感器都设有加热器的作用是为了减小测量时的气体电阻。 （ 错 ）；
27．霍尔电压与磁感强度成正比，磁感强度改变方向时，霍尔电压也改变方向。 （对 ）
四、简答题（4题，共18分）
1、在传感器测量电路中，直流电桥与交流电桥有什么不同，如何考虑应用场合?用电阻应变片组成的半桥、全桥电路与单桥相比有哪些改善?
答：直流电桥适合供电电源是直流电的场合，交流电桥适合供电电源是交流的场合。 半桥电路比单桥电路灵敏度提高一倍，全桥电路比单桥电路灵敏度提高4倍，且二者均无非线性误差。
2、根据电容式传感器工作原理，可将其分为几种类型?每种类型各有什么特点?各适用于什么场合?
答：根据电容式传感器的工作原理，可将其分为3种：变极板间距的变极距型、变极板覆盖面积的变面积型和变介质介电常数的变介质型。
变极板间距型电容式传感器的特点是电容量与极板间距成反比，适合测量位移量。
变极板覆盖面积型电容传感器的特点是电容量与面积改变量成正比，适合测量线位移和角位移。
变介质型电容传感器的特点是利用不同介质的介电常数各不相同，通过改变介质的介电常数实现对被测量的检测，并通过电容式传感器的电容量的变化反映出来。适合于介质的介 电常数发生改变的场合。
3、简述热电偶的几个重要定律，并分别说明其实用价值。
答：1、中间导体定律；2、标准电极定律；3、 连接导体定律与中间温度定律
实用价值：略。
4、【必考题】热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿？常用的补偿方法有哪些？
答（1）因为热电偶的热电势只有当冷端的温度恒定时才是温度的单值函数，而热电偶的标定时是在冷端温度特定的温度下进行的，为了使热电势能反映所测量的真实温度，所以要进行冷端补偿。
（2）A ：补偿导线法B ：冷端温度计算校正法C ：冰浴法D ：补偿电桥法。
5.【必考题】什么叫电阻应变效应？什么叫压阻效应？
解：电阻应变效应：金属材料在受到外力作用时，产生机械变形，导致其阻值发生变化的现象
压阻效应：半导体材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化
6.试比较金属丝电阻应变仪与半导体应变仪的相同点与不同点？
解：相同点：两者的R ，即单根的导电丝的灵敏度系数均遵从
E ++=?=πεm R R R 21/0
不同点：对金属来说，E π很小，可忽略不计。对半导体而言，E π比1+2u 大得多，即半导体灵敏度要比金属大50-100倍。
7.会画电桥。各自的输出电压及电桥的灵敏度如何计算？什么是传感器？请画出传感器系统的组成框图。
解：
8.什么叫外光电效应？什么叫光电导效应？什么叫光生伏特效应？
解：外光电效应：光电材料在光照射下，电子逸出物体表面向外发射的现象
光电导效应：光照变化引起半导体材料电导变化的现象
光生伏特效应：光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象。
9.什么是霍尔效应？一个霍尔元件在一定的电流控制下，其霍尔电动势与哪些因素有关？解：置于磁场中的半导体薄片的电流方向与磁场方向不一致时(1分)，在半导体薄片上平行于电流和磁场方向(1分)的两个面之间产生电动势的现象.（1分）
E=KIB。K是霍尔元件的灵敏度系数。I是电流。B是与I和E均垂直方向上的磁感应强度。因此，霍尔电动势由B的大小及方向决定
10.一台采用等强度梁的电子秤，在梁的上下两面各贴有两篇灵敏度系数均为k=2的金属箔式应变片做成称重传感器。已知梁的L=100mm,b=11mm,h=3mm,梁的弹性模量E=2.1*104N/mm2..将应变片接入直流四臂电路，供桥电压Usr=6V..试求：
（1）称重传感器的灵敏度（V/Kg）？
（2）当传感器的输出为68V时，物体的荷重为多少？
解：
5【必考题】、如图为实验室常采用的冰浴法热电偶冷端温度补偿接线图，
（1）图中依据了热电偶两
个基本定律，分别指
出并简述其内容；（4
分）
（2）将冷端至于冰水槽的
主要原因是什么？（2
分）
（3）对补偿导线有何要求？（2分）
答案：
（1）中间导体定律：在热电偶回路中，只要接入的第三导体两端温度相同，则对回路的总的热电动势没有影响。中间温度定律：热电偶AB的热电势仅取决于热电偶的材料和两个结点的温度，而与温度沿热电极的分布以及热电极的参数和形状无关。（2）热电偶分度表以0摄氏度为基准；
（3）与导体材料A、B有相同热电特性
（不同型号的热电偶所配用的补偿导线不同；连接补偿导线时要注意区分正负极，使其分别与热电偶的正负极一一对应；补偿导线连接端的工作温度不能超出（0~100℃），否则会给测
量带来误差。）
6、一个铁氧体环形磁芯，平均长度为12cm ，横截面面积为1.5 cm2，平均相对磁导率为μr= 2000。求:
(1)均匀绕线500匝时的电感；
(2)匝数增加1倍时的电感。
解：当线圈绕在这种圆形的磁芯上时，电感的计算公式为
7.一电阻应变片的灵敏度系数k=2，阻值R=120。设工作时其应变为1000 ，问其电阻变化
为多少？ 解：因为ε/)/(R R S ?=,
所以，26120*10*1000*2--==?R S R εΩ
=0.24Ω
8.霍尔组件L*W*D=10*2*1(mm)3 ，沿L 方向通以电流I=2mA ，在垂直于LW 方向加有均匀磁场B=0.1T,传感器的灵敏度系数K H =20V/A*T 。试求其输出霍尔电势及载流子浓度。 解：输出的霍尔电势为：
U H =K H BI=20*2*10-3*0.1mV=4mV 由 ne
R d R K H H H 1=，＝ 可得载流子浓度为： n=1/(K H*ed)=1/(20*1.6*10-19*1*10-3)m 3=3.125m 3
33．图1所示为一直流应变电桥。U i =5V ，R 1=R 2=R 3=R 4=120Ω，试求：如果R 1、R 2感受应变极性相反，且|△R 1|=|△R 2|=1.2Ω，电桥的输出电压U 0为多少？
()()5..2
-2m -7-42 2.5*1:L =
=785H 1.2*2000*4*p**1.5*2:=4*L =314H
N 10R 101010L ＝
3124121234124 1.2 1.220444120120O R R R R R R U U U mV R R R R R R ???????????????=-+-=-=--= ? ? ? ????
?????或者 3110112234R R R U U R R R R R R ???+=-
??++-?+??
=0.02V
图1
34.下表为某热电偶的分度表，测量电路如图2所示，数字电压表的读数为4.10mV ，热电偶与
电压表用补偿导线连接，计算被测温度Tx 是多少。
解：E(Tx,20℃)=4.10mV
E(Tx,0℃)=E(Tx,20℃)+E(20℃,0℃)
=4.10+0.80mV=4.90mV
因为E(120℃,0℃)=4.90mV
所以Tx=120℃
图2
35．已知某霍尔传感器的激励电流I=3A ，磁场的磁感应强度B=5×10-3T ，导体薄片的厚度d=2mm ，霍尔常数RH ＝0.5，试求薄片导体产生的霍尔电势UH 的大小。 解：由霍尔效应原理实验知，H H IB U R d
=? (3分) 将已知数据代入上式得，
3
3
35100.5 3.75210H U --??=?=? （V ） (3分) 36.有一个以空气为介质的变面积型平板电容式传感器，如下图所示，其中a=8mm ，b=12mm ，两极板间的距离为d=1mm 。当动极板在原始位置向左平移了5mm 后，求传感器电容量的变化△C 及电容相对变化量△C/C 0。（
空气的相对介电常数εr =1F/m ，真空的介电常数ε0=8.854×10-1 2F/m ）
解：d b a d
A
C r r )*(000εεεε== d b a C )*(r 0?=?εε
00625.012
*583
00==??=??=A a a A C C K 预 测 题
2.光电器工作原理主要基于（外光电效应）、（光电导效应）、（光生伏特效应）。
1必须由两种不同的材料才能构成热电偶；当电极热电偶两结点温度相同时，回路中总电势等于零。
16．△压电式传感器是否具有体积小、结构简单等优点，适合于静态量的测量？（69）判断
17．△互感差动变压器式传感器是由两个相互对称的次级线圈组成的？（41）判断
传感器原理及应用期末考试试卷(含答案)
传感器原理及应用 一、单项选择题(每题2分．共40分) 1、热电偶的最基本组成部分是()。 A、热电极 B、保护管 C、绝缘管 D、接线盒 2、为了减小热电偶测温时的测量误差，需要进行的温度补偿方法不包括( )。 A、补偿导线法 B、电桥补偿法 C、冷端恒温法 D、差动放大法 3、热电偶测量温度时( )。 A、需加正向电压 B、需加反向电压 C、加正向、反向电压都可以 D、不需加电压 4、在实际的热电偶测温应用中，引用测量仪表而不影响测量结果是利用了热电偶的哪 个基本定律( )。 A、中间导体定律 B、中间温度定律 C、标准电极定律 D、均质导体定律 5、要形成测温热电偶的下列哪个条件可以不要（）。 A、必须使用两种不同的金属材料； B、热电偶的两端温度必须不同； C、热电偶的冷端温度一定要是零； D、热电偶的冷端温度没有固定要求。 6、下列关于测温传感器的选择中合适的是（）。 A、要想快速测温，应该选用利用PN结形成的集成温度传感器； B、要想快速测温，应该选用热电偶温度传感器； C、要想快速测温，应该选用热电阻式温度传感器； D、没有固定要求。 7、用热电阻测温时，热电阻在电桥中采用三线制接法的目的是( )。 A、接线方便 B、减小引线电阻变化产生的测量误差 C、减小桥路中其他电阻对热电阻的影响 D、减小桥路中电源对热电阻的影响 8、在分析热电偶直接插入热水中测温过程中，我们得出一阶传感器的实例，其中用到了（）。 A、动量守恒； B、能量守恒； C、机械能守恒； D、电荷量守恒； 9、下列光电器件中，基于光电导效应工作的是( )。 A、光电管 B、光敏电阻 C、光电倍增管 D、光电池
《传感器原理及应用》课后答案
第1章传感器基础理论思考题与习题答案 1.1什么是传感器？（传感器定义） 解：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路组成。 1.2传感器特性在检测系统中起到什么作用？ 解：传感器的特性是指传感器的输入量和输出量之间的对应关系，所以它在检测系统中的作用非常重要。通常把传感器的特性分为两种：静态特性和动态特性。静态特性是指输入不随时间而变化的特性，它表示传感器在被测量各个值处于稳定状态下输入输出的关系。动态特性是指输入随时间而变化的特性，它表示传感器对随时间变化的输入量的响应特性。 1.3传感器由哪几部分组成？说明各部分的作用。 解：传感器通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路三部分组成。其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分，转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成电信号的部分，调节转换电路是指将非适合电量进一步转换成适合电量的部分，如书中图1.1所示。 1.4传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意 义？动态参数有那些？应如何选择？ 解：在生产过程和科学实验中，要对各种各样的参数进行检测和控制，就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量，这取决于传感器的基本特性，即输出—输入特性。衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度，迟滞和重复性等。意义略（见书中）。动态参数有最大超调量、延迟时间、上升时间、响应时间等，应根据被测非电量的测量要求进行选择。 1.5某位移传感器，在输入量变化5mm时，输出电压变化为300mV，求其灵敏度。 解：其灵敏度 3 3 30010 60 510 U k X - - ?? === ?? 1.6某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度为：S1=0.2mV/℃、
(完整word版)传感器原理及应用复习题.docx
《传感器原理及应用》复习题 1.静态特性指标其中的线性度的定义是指 2．传感器的差动测量方法的优点是减小了非线性误差、提高了测量灵敏度。 3.对于等臂半桥电路为了减小或消除非线性误差的方法可以采用提高桥臂 比，采用差动电桥的方法。 4.高频反射式电涡流传感器实际是由线圈和被测体或导体两个部分组成的系统，两者之间通过电磁感应相互作用，因此，在能够构成电涡 流传感器的应用场合中必须存在金属材料。 5.霍尔元件需要进行温度补偿的原因是因为其霍尔系数和材料电阻 受温度影响大。使用霍尔传感器测量位移时，需要构造一个磁场。 6.热电阻最常用的材料是铂和铜，工业上被广泛用来测量中低温 区的温度，在测量温度要求不高且温度较低的场合，铜热电阻得 到了广泛应用。 7.现有霍尔式、电涡流式和光电式三种传感器，设计传送带上塑料零件的计数 系统时，应选其中的光电传感器。需要测量某设备的外壳温度，已知其 范围是300~400℃，要求实现高精度测量，应该在铂铑- 铂热电偶、铂电阻和热 敏电阻中选择铂电阻。 8.一个二进制光学码盘式传感器，为了达到1″左右的分辨力，需要采用 或位码盘。一个刻划直径为400 mm的 20 位码盘，其外圈分别间隔 为稍大于μm。 9.非功能型光纤传感器中的光纤仅仅起传输光信息的作用，功能型光纤传感器 是把光纤作为敏感元件。光纤的 NA 值大表明集光能力强。 11.光照使半导体电阻率变化的现象称为内光电效应，基于此效应的器件除光敏 电阻外还有处于反向偏置工作状态的光敏二极管。光敏器件的灵敏度可 用光照特性表征，它反映光电器件的输入光量与输出光电流(电压 )之间 的关系。选择光电传感器的光源与光敏器件时主要依据器件的光谱特性。 12. 传感器一般由敏感元件 _ 、转换元件 ___ 、测量电路及辅助电 源四个部分组成。 13．传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出变化量与输入变化 量的比值。对线性传感器来说，其灵敏度是一常数。
传感器原理及应用
温度传感器的应用及原理 温度测量应用非常广泛，不仅生产工艺需要温度控制，有些电子产品还需对它们自身的温度进行测量，如计算机要监控CPU的温度，马达控制器要知道功率驱动IC的温度等等，下面介绍几种常用的温度传感器。 温度是实际应用中经常需要测试的参数，从钢铁制造到半导体生产，很多工艺都要依靠温度来实现，温度传感器是应用系统与现实世界之间的桥梁。本文对不同的温度传感器进行简要概述，并介绍与电路系统之间的接口。 热敏电阻器 用来测量温度的传感器种类很多，热敏电阻器就是其中之一。许多热敏电阻具有负温度系数(NTC)，也就是说温度下降时它的电阻值会升高。在所有被动式温度传感器中，热敏电阻的灵敏度(即温度每变化一度时电阻的变化)最高，但热敏电阻的电阻/温度曲线是非线性的。表1是一个典型的NTC热敏电阻器性能参数。 这些数据是对Vishay-Dale热敏电阻进行量测得到的，但它也代表了NTC热敏电阻的总体情况。其中电阻值以一个比率形式给出(R/R25)，该比率表示当前温度下的阻值与25℃时的阻值之比，通常同一系列的热敏电阻器具有类似的特性和相同电阻/温度曲线。以表1中的热敏电阻系列为例，25℃时阻值为10KΩ的电阻，在0℃时电阻为28.1KΩ，60℃时电阻为4.086KΩ；与此类似，25℃时电阻为5KΩ的热敏电阻在0℃时电阻则为 14.050KΩ。 图1是热敏电阻的温度曲线，可以看到电阻/温度曲线是非线性的。
虽然这里的热敏电阻数据以10℃为增量，但有些热敏电阻可以以5℃甚至1℃为增量。如果想要知道两点之间某一温度下的阻值，可以用这个曲线来估计，也可以直接计算出电阻值，计算公式如下： 这里T指开氏绝对温度，A、B、C、D是常数，根据热敏电阻的特性而各有不同，这些参数由热敏电阻的制造商提供。 热敏电阻一般有一个误差范围，用来规定样品之间的一致性。根据使用的材料不同，误差值通常在1%至10%之间。有些热敏电阻设计成应用时可以互换，用于不能进行现场调节的场合，例如一台仪器，用户或现场工程师只能更换热敏电阻而无法进行校准，这种热敏电阻比普通的精度要高很多，也要贵得多。 图2是利用热敏电阻测量温度的典型电路。电阻R1将热敏电阻的电压拉升到参考电压，一般它与ADC的参考电压一致，因此如果ADC的参考电压是5V，Vref 也将是5V。热敏电阻和电阻串联产生分压，其阻值变化使得节点处的电压也产生变化，该电路的精度取决于热敏电阻和电阻的误差以及参考电压的精度。
传感器原理及工程应用考试复习总结
20XX 年传感器原理及工程应用考试复习总结—光通信071吴浩2007031062 此为我根据老师给的20XX 年复习大纲，采用老师09、10年课件、网络资料、课本书籍、以及光电子072班同学的复习资料综合整理的最终复习资料，仅供参考，部分内容可能有偏差，请大家找出并纠正及时发到群邮箱。注：由于很多资料课件上没有，但因为时间关系书中的资料就没有打上去，请同学们自己对应书页码查找。 一、考试题型 选择题： 10×3 = 30分 填空题： 2×15 = 30分 原理及测量电路分析： 2×10 = 22分 计算题： 1×10 = 10分 作图题： 1×8 = 8 分 二、范围及重点 第一章 （1） 在测量结果中进行修正；（2）消除系统误差的根源；（3）在测量系统中采用补偿措施；（4）实时反馈修正。 （1）实验对比法 ；（2）残余误差观察法 ；（3）准则检查法。 , 含义各异。主要包括5种：（1）绝对误差：Δ=x-L ；（2）相对误差：δ=Δ/ L ×100%；（3）引用误差:γ=Δ/(测量范围上限- 测量范围下限) ×100%；（4）基本误差；（5常用绝对误差来评定测量准确度；相对误差常用来表示和比较测量结果的准确度；引用误差是仪表中通用的一种误差表示方法，基本误差、附加误差适用于传感器或仪表中。 定方式变化着的误差，称为随机误差。随机误差的特点有：对称性，单峰性，抵偿性和有界性。 如：电磁场的微变、零件的摩擦、间隙，热起伏、空气扰动等、对测量值的综合影响造成的； 1).人为因素；2). 量具因素；3).力量因素；4).测量因素；5).环境因素. 第二章 1.静态特性概念、指标，时域动态特性指标 6个：时间常数τ、延迟时间d t 、上升时间r t 、峰值时间p t 、超调量σ、衰减比d 。 2.传感器的概念、动态特性概念
传感器原理及应用试题库(已做)
一：填空题（每空1分） 1.依据传感器的工作原理，传感器分敏感元件，转换元件， 测量电路三个部分组成。 2.金属丝应变传感器设计过程中为了减少横向效应，可采用直线栅式应变计 和箔式应变计结构。 3.根据热敏电阻的三种类型，其中临界温度系数型最适合开关型温度传感器。 4.灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。其定义为：传 感器输出量的变化值与相应的被测量的变化值之比，用公式表示k（x）=Δy/Δx 。 5.线性度是指传感器的输出量与输入量之间是否保持理想线性特性的一 种度量。按照所依据的基准之线的不同，线性度分为理论线性度、端基线性度、独立线性度、最小二乘法线性度等。最常用的是最小二乘法线性度。 6.根据敏感元件材料的不同，将应变计分为金属式和半导体式两大类。 7.应变传感器设计过程中，通常需要考虑温度补偿，温度补偿的方法电桥补偿 法、计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法。 8.应变式传感器一般是由电阻应变片和测量电路两部分组成。 9.传感器的静态特性有灵敏度、线性度、灵敏度界限、迟滞差和稳定性。 10.国家标准GB 7665--87对传感器下的定义是：能够感受规定的被测量并按照 一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 11.传感器按输出量是模拟量还是数字量，可分为模拟量传感器和数字量传感器 =输出量的变化值/输入量的变化12.传感器静态特性的灵敏度用公式表示为：k (x) 值=△y/△x 13.应变计的粘贴对粘贴剂的要求主要有：有一定的粘贴强度；能准确传递应变； 蠕变小；机械滞后小；耐疲劳性好；具有足够的稳定性能；对弹性元件和应变计不产生化学腐蚀作用；有适当的储存期；应有较大的温度适用范围。14.根据传感器感知外界信息所依据的基本校园，可以将传感器分成三大类： 物理传感器，化学传感器，生物传感器。
常用传感器的工作原理及应用
常用传感器的工作原理及应用
3.1.1电阻式传感器的工作原理 应变：物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象 弹性应变：当外力去除后，物体能够完全恢复其尺寸和形状的应变 弹性元件：具有弹性应变特性的物体 3.1.3电阻应变式传感器 电阻应变式传感器利用电阻应变片将应变转换为电阻值变化的传感器。 工作原理：当被测物理量作用于弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等的作用下发生变形，产生相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，引起应变片的电阻值变化，通过测量电路变成电量输出。输出的电量大小反映被测量的大小。 结构：应变式传感器由弹性元件上粘贴电阻应变片构成。 应用：广泛用于力、力矩、压力、加速度、重量等参数的测量。 1．电阻应变效应 ○
电阻应变片的工作原理是基于应变效应，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化，这种现象称为“应变效应”。 2．电阻应变片的结构 基片 b l 电阻丝式敏感栅 金属电阻应变片的结构 4．电阻应变式传感器的应用 （1）应变式力传感器 被测物理量：荷重或力 一
二 主要用途：作为各种电子称与材料试验机的 测力元件、 发动机的推力测试、水坝坝体承载状况监测等。 力传感器的弹性元件：柱式、筒式、环式、悬臂式等 （2）应变式压力传感器 主要用来测量流动介质的动态或静态压力 应变片压力传感器大多采用膜片式或筒式 弹性元件。 （3）应变式容器内液体重量传感器 感压膜感受上面液体的压力。 （4）应变式加速度传感器 用于物体加速度的测量。 依据：a =F/m 。 3.2电容式传感器 3.2.1电容式传感器的工作原理 由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的 平板电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为 当被测参数变化使得S 、d 或ε发生变化时， 电容量C 也随之变化。 d S C ε=
传感器原理及应用期末复习资料
信息技术包括计算机技术、通信技术和传感器技术，是现代信息产业的三大支柱。 1．什么是传感器？ 广义：传感器是一种能把特定的信息按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。 狭义：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。 国家标准：定义：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。 2．传感器由哪几个部分组成？分别起到什么作用？ 传感器一般由敏感元件、转换原件和基本电路组成。敏感元件感受被测量，转换原件将其响应的被测量转换成电参量，基本电路把电参量接入电路转换成电量。传感器的核心部分是转换原件，转换原件决定传感器的工作原理。 3．传感器的总体发展趋势是什么？传感器的应用情况。 传感器正从传统的分立式朝着集成化、数字化、多功能化，微型化、智能化、网络化和光机电一体化的方向发展，具有高精度、高性能、高灵敏度、高可靠性、高稳定性、长寿命、高信噪比、宽量程和无维护等特点。未来还会有更新的材料，如纳米材料，更有利于传感器的小型化。发展趋势主要体现在这几个方面：发展、利用新效应；开发新材料；提高传感器性能和检测范围；微型化与微功耗；集成化与多功能化；传感器的智能化；传感器的数字化和网络化。 4．了解传感器的分类方法。所学的传感器分别属于哪一类？ 按传感器检测的范畴分类：物理量传感器、化学量传感器、生物量传感器按传感器的输出信号分类：模拟传感器、数字传感器 按传感器的结构分类：结构型传感器、物性型传感器、复合型传感器 按传感器的功能分类：单功能传感器、多功能传感器、智能传感器 按传感器的转换原理分类：机—电传感器、光—电传感器、热—电电传感器、磁—电传感器 电化学传感器 按传感器的能源分类：有源传感器、无源传感器 国标制定的传感器分类体系表将传感器分为：物理量、化学量、生物类传感器
各种温度传感器分类及其原理.
各种温度传感器分类及其原理.
各种温度传感器分类及其原理 温度传感器是检测温度的器件,其种类最多,应用最广,发展最快。众所周知,日常使用的材料及电子元件大部分特性都随温度而变化, 在此我们暂时介绍最常用的热电阻和热电偶两类产品。 1. 热电偶的工作原理 当有两种不同的导体和半导体 A 和 B 组成一个回路,其两端相互连接时,只要两结点处的温度不同,一端温度为 T ,称为工作端或热端,另一端温度为 TO ,称为自由端 (也称参考端 或冷端,则回路中就有电流产生,如图 2-1(a所示,即回路中存在的电动势称为热电 动势。这种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞贝克效应。 与塞贝克有关的效应有两个:其一, 当有电流流过两个不同导体的连接处时, 此处便吸收或放出热量 (取决于电流的方向 , 称为珀尔帖效应;其二,当有电流流过存在温度梯度的导体时,导体吸收或放出热量(取决 于电流相对于温度梯度的方向 ,称为汤姆逊效应。两种不同导体或半导体的组合称为热电偶。热电偶的热电势 EAB(T, T0 是由接触电势和温差电势合成的。接触电势是指两种不同 的导体或半导体在接触处产生的电势, 此电势与两种导体或半导体的性质及在接触点的温度有关。 温差电势是指同一导体或半导体在温度不同的两端产生的电势, 此电势只与导体或半导体的性质和两端的温度有关, 而与导体的长度、截面大小、沿其长度方向的温度分布无关。 无论接触电势或温差电势都是由于集中于接触处端点的电子数不同而产生的电势, 热电偶测量的热电势是二者的合成。当回路断开时,在断开处 a , b 之间便有一电动势差△ V ,其极性和大小与回路中的热电势一致,如图 2-1(b所示。并规定在冷端,当电流由 A 流向 B 时, 称 A 为正极, B 为负极。实验表明,当△ V 很小时,△ V 与△ T 成正比关系。定义△ V 对△ T
传感器原理及其应用考试重点
传感器原理及其应用 第一章传感器的一般特性 1）信息技术包括计算机技术、通信技术和传感器技术，是现代信息产业的三大支柱。 2）传感器又称变换器、探测器或检测器，是获取信息的工具 广义：传感器是一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。 狭义：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。 国家标准（GB7665-87）：定义：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。 3）传感器的组成： 敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。 转换元件：将敏感元件输出的非电物理量转换成电路参数或电量。 基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电路），便可转换成电量输出。 4）传感器的静态性能指标 （1）灵敏度 定义: 传感器输出量的变化值与相应的被测量（输入量）的变化值之比, 传感器输出曲线的斜率就是其灵敏度。 ①纯线性传感器灵敏度为常数，与输入量大小无关；②非线性传感器灵敏度与x有关。（2）线性度 定义:传感器的输入-输出校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏离与传感器满量程输出之比，称为传感器的“非线性误差”或“线性度”。 线性度又可分为： ①绝对线性度：为传感器的实际平均输出特性曲线与理论直线的最大偏差。 ②端基线性度：传感器实际平均输出特性曲线对端基直线的最大偏差。 端基直线定义：实际平均输出特性首、末两端点的连线。 ③零基线性度：传感器实际平均输出特性曲线对零基直线的最大偏差。 ④独立线性度：以最佳直线作为参考直线的线性度。 ⑤最小二乘线性度：用最小二乘法求得校准数据的理论直线。 （3）迟滞 定义：对某一输入量，传感器在正行程时的输出量不同于其在反行程时的输出量，这一现象称为迟滞。 即：传感器在正(输入量增大)反（输入量减小）行程中输出输入曲线不重合称为迟滞。 （4）重复性 定义：在相同工作条件下，在一段短的时间间隔内，同一输入量值多次测量所得的输
《传感器原理及应用》课后答案
第1章传感器基础理论思考题与习题答案 什么是传感器（传感器定义） 解：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路组成。 传感器特性在检测系统中起到什么作用 解：传感器的特性是指传感器的输入量和输出量之间的对应关系，所以它在检测系统中的作用非常重要。通常把传感器的特性分为两种：静态特性和动态特性。静态特性是指输入不随时间而变化的特性，它表示传感器在被测量各个值处于稳定状态下输入输出的关系。动态特性是指输入随时间而变化的特性，它表示传感器对随时间变化的输入量的响应特性。 传感器由哪几部分组成说明各部分的作用。 解：传感器通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路三部分组成。其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分，转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成电信号的部分，调节转换电路是指将非适合电量进一步转换成适合电量的部分，如书中图所示。 传感器的性能参数反映了传感器的什么关系静态参数有哪些各种参数代表什么意义动态参数有那些应如何选择 解：在生产过程和科学实验中，要对各种各样的参数进行检测和控制，就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量，这取决于传感器的基本特性，即输出—输入特性。衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度，迟滞和重复性等。意义略（见书中）。动态参数有最大超调量、延迟时间、上升时间、响应时间等，应根据被测非电量的测量要求进行选择。 某位移传感器，在输入量变化5mm时，输出电压变化为300mV，求其灵敏度。 解：其灵敏度 3 3 30010 60 510 U k X - - ?? === ?? 某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度为：S1=℃、S2=mV、S3=V，求系统的总的灵敏度。 某线性位移测量仪，当被测位移由变到时，位移测量仪的输出电压由减至，求该仪器的灵敏度。
传感器原理及应用_复习总结
传感器原理及应用总结 ?传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成。 ?传感器的基本特性通常用其静态特性和动态特性来描述。 ?电阻传感器的基本原理是将各种被测非电量转为对电阻的变化量的测量，从而达到测量的目的。 ?金属丝电阻应变片与半导体应变片的工作原理主要区别在于前者利用导体形变引起电阻变化、后者利用半导体电阻率变化引起电阻变化。 ?金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称应变效应；半导体或固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称压阻效应。直线的电阻丝绕成敏感栅后，长度相同但应变不同，圆弧部分使灵敏度K下降了，这种现象称为横向效应。 ?光电开关和光电断续器是开关式光电传感器的常用器件，主要用来检测物体的靠近、通过等状态。?光电式传感器由光源、光学元器件和光电元器件组成光路系统，结合相应的测量转换电路而构成。?硅光电池的光电特性中，光照度与其短路电流呈线性关系。 ?光敏二极管的结构与普通二级管类似。它是在反向电压下工作的。 ?压电传感元件是一种力敏感元件，它由压电传感元件和测量转换电路组成。 ?压电式传感器的工作原理是基于某些电介质材料的压电效应。它是典型的有源传感器。 ?压电材料在使用中一般是两片以上，在以电荷作为输出的地方一般是把压电元件并联起来，而当以电压作为输出的时候则一般是把压电元件串联起来。 ?差动电感式传感器与单线圈电感式传感器相比，线性好、灵感度提高一倍、测量精度高。 ?螺线管式差动变压器式传感器理论上讲，衔铁位于中心位置时输出电压为零，而实际上差动变压器输出电压不为零，我们把这个不为零的电压称为零点残余电压；利用差动变压器测量位移时如果要求区别位移方向（或正负）可采用相敏检波电路。 ?差动变压器式传感器理论上讲，衔铁位于中心位置时输出电压为零，而实际上差动变压器输出电
传感器原理及应用习题及答案
第1章 传感器的一般特性 1.1 什么叫传感器？它由哪几部分组成？并说出各部分的作用及其相互间的关系。 1.2 简述传感器的作用和地位及其传感器技术的发展方向。 1.3 传感器的静态特性指什么？衡量它的性能指标主要有哪些？ 1.4 传感器的动态特性指什么？常用的分析方法有哪几种？ 1.5 传感器的标定有哪几种？为什么要对传感器进行标定？ 1.6 某传感器给定精度为2%F·S ，满度值为50mV ，零位值为10mV ，求可能出现的最大误差δ(以mV 计)。当传感器使用在满量程的1/2和1/8时，计算可能产生的测量百分误差。由你的计算结果能得出什么结论? 解：满量程（F?S ）为50﹣10=40(mV) 可能出现的最大误差为： δ＝40?2%=0.8(mV) 当使用在1/2和1/8满量程时，其测量相对误差分别为： % 4%10021408.01=??=γ % 16%10081408 .02=??=γ 结论：测量值越接近传感器（仪表）的满量程，测量误差越小。 1.7 有两个传感器测量系统，其动态特性可以分别用下面两个微分方程描述，试求这两个系统的时间常数τ和静态灵敏度K 。 1) T y dt dy 5105.1330 -?=+ 式中, y ——输出电压，V ；T ——输入温度，℃。 2) x y dt dy 6.92.44 .1=+ 式中，y ——输出电压，μV ；x ——输入压力，Pa 。 解：根据题给传感器微分方程，得 (1) τ=30/3=10(s)， K=1.5 10 5/3=0.5 10 5(V/℃)； (2) τ=1.4/4.2=1/3(s)， K=9.6/4.2=2.29(μV/Pa)。 1.8 已知一热电偶的时间常数τ=10s ，如果用它来测量一台炉子的温度，炉内温度在540℃至500℃之间接近正弦曲线波动，周期为80s ，静态灵敏度K=1。试求该热电偶输出的最大值和最小值。以及输入与输出之间的相位差和滞后时间。 解：依题意，炉内温度变化规律可表示为 x(t) =520+20sin(ωt)℃ 由周期T=80s ，则温度变化频率f =1/T ，其相应的圆频率 ω=2πf =2π/80=π/40； 温度传感器（热电偶）对炉内温度的响应y(t)为 y(t)=520+Bsin(ωt+?)℃ 热电偶为一阶传感器，其动态响应的幅频特性为 ()()786 010******** 2 2 .B A =??? ? ???π+= ωτ+== ω 因此，热电偶输出信号波动幅值为 B=20?A(ω)=20?0.786=15.7℃ 由此可得输出温度的最大值和最小值分别为 y(t)|m ax =520+B=520+15.7=535.7℃ y(t)|m in =520﹣B=520-15.7=504.3℃ 输出信号的相位差?为 ?(ω)= -arctan(ωτ)= -arctan(2π/80?10)= -38.2? 相应的时间滞后为
传感器原理及应用习题及答案
习题集及答案 第1章概述 1.1 什么是传感器？按照国标定义，“传感器”应该如何说明含义？ 1.2 传感器由哪几部分组成？试述它们的作用及相互关系。 1.3传感器如何分类？按传感器检测的畴可分为哪几种？ 答案 1.1答： 从广义的角度来说，感知信号检出器件和信号处理部分总称为传感器。我们对传感器定义是：一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。从狭义角度对传感器定义是：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。 我国国家标准（GB7665—87）对传感器（Sensor/transducer）的定义是：“能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置”。定义表明传感器有这样三层含义：它是由敏感元件和转换元件构成的一种检测装置；能按一定规律将被测量转换成电信号输出；传感器的输出与输入之间存在确定的关系。按使用的场合不同传感器又称为变换器、换能器、探测器。 1.2答： 组成——由敏感元件、转换元件、基本电路组成； 关系，作用——传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。 1.3答：（略）答： 按照我国制定的传感器分类体系表，传感器分为物理量传感器、化学量传感器以及生物量传感器三大类，含12个小类。按传感器的检测对象可分为：力学量、热学量、流体量、光学量、电量、磁学量、声学量、化学量、生物量、机器人等等。 第3章电阻应变式传感器 3.1 何为电阻应变效应？怎样利用这种效应制成应变片？ 3.2 图3-31为一直流电桥，负载电阻R L趋于无穷。图中E=4V，R1=R2=R3=R4=120Ω，试 求：① R1为金属应变片，其余为外接电阻，当R1的增量为ΔR1=1.2Ω时，电桥输出电压U0=? ②R1、R2为金属应变片，感应应变大小变化相同，其余为外接电阻，电桥输出电压U0=? ③R1、R2为金属应变片，如果感应应变大小相反，且ΔR1=ΔR2 =1.2Ω，
传感器原理及典型应用
传感器（原理及典型应用） 编稿：张金虎审稿：李勇康 【学习目标】 1．知道什么是传感器，常见的传感器有哪些。 2．了解一些传感器的工作原理和实际应用。 3．了解传感器的应用模式，能够运用这一模式去理解传感器的实际运用。 4．了解传感器在生活、科技中的运用和发挥的巨大作用。 【要点梳理】 要点一、传感器 1．现代技术中，传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转化为电路的通断。把非电学量转换为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。 2．传感器原理 传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的通常是电学量，如电压值、电流值、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制动作。传感器原理如下图所示。 3．传感器的分类 常用传感器是利用某些物理、化学或生物效应进行工作的。根据测量目的不同，可将传感器分为物理型、化学型和生物型三类。 物理型传感器是利用被测量物质的某些物理性质（如电阻、电压、电容、磁场等）发生明显变化的特性制成的，如光电传感器、力学传感器等。 化学型传感器是利用能把化学物质的成分、浓度等化学量转换成为电学量的敏感元件制成的。 生物型传感器是利用各种生物或生物物质的特性做成的，用以检测与识别生物体内化学成分的传感器，生物或生物物质主要是指各种酶、微生物、抗体等，分别对应酶传感器、微生物传感器、免疫传感器等等。 要点二、光敏电阻 光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻大小这个电学量，一般随光照的增强电阻值减小。 要点诠释：光敏电阻是用半导体材料制成的，硫化镉在无光时，载流子（导电电荷）极少，导电性能不好，随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好。 要点三、热敏电阻和金属热电阻 1．热敏电阻 热敏电阻用半导体材料制成，其电阻值随温度变化明显。如图为某一热敏电阻的电阻—温度特性曲线。
《传感器原理及应用》课程试题(A卷)
复习 一、填空（在下列括号中填入适当的词汇，使其原理成立） 1、传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出变化量与输入变化量的比值。对线性传感器来说，其灵敏度是常数。 2．用石英晶体制作的压电式传感器中，晶面上产生的电荷与作用在晶面上的压强成正比，而与晶片几何尺寸和面积无关。 3、有源滤波器由集成运放和__ RC网络__ 组成。 4、采用热电阻作为测量温度的元件是将温度的测量转换为电阻的测量。 5、单线圈螺线管式电感传感器主要由线圈、铁磁性外壳和可沿线圈轴 向移动的活动铁心。 6、被测非电量的变化转换成线圈互感变化的互感式传感器是根据变压器 的基本原理制成的，其次级绕组都用同名端反向形式连接，所以又叫差动变压器式传感器。 7．闭磁路变隙式电感传感器工作时，衔铁与被测物体连接。当被测物体移动时，引起磁路中气隙尺寸发生相对变化，从而导致圈磁阻的变化。 8、动态标定的目的，是检验测试传感器的动态性能指标。 9、在电阻应变片公式，dR/R=(1+2μ)ε+λEε中，λ代表__ 材料压阻系数。 10、已知某铜热电阻在0℃时的阻值为50Ω，则其分度号是CU50 ，对于镍铬-镍硅热电偶其正极是镍铬。 11、红外图像传感器由红外敏感元件和电子扫描电路组成。 12、空气介质变隙式电容传感器中，提高灵敏度和减少非线性误差是矛盾的，为此实际中大都采用差动式电容传感器。 13、当半导体材料在某一方向承受应力时，它的电阻率发生显着变化的现象称为半导体压阻效应。 14．影响金属导电材料应变灵敏系数K。的主要因素是导电材料几何尺寸的变化。 15．为了测得比栅距W更小的位移量，光栅传感器要采用细分技术。 16．若测量系统无接地点时，屏蔽导体应连接到信号源的接地端 1、在以下几种传感器当中( 压电式)属于自发电型传感器。 2．下列被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是（温度）。 3、在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要的目的是( C )。 C．将热电偶冷端延长到远离高温区的地方 4、利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小，( A )。 A．两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片
传感器原理及应用试题库
传感器原理及应用试题 库 SANY GROUP system office room 【SANYUA16H-
一：填空题（每空1分）1.依据传感器的工作原理，传感器分敏感元件，转换元件，测量电路三个部 分组成。 2.半导体应变计应用较普遍的有体型、薄膜型、扩散型、外延型等。 3.光电式传感器是将光信号转换为电信号的光敏元件，根据光电效应可以分 为外光电效应，内光电效应，热释电效应三种。 4.光电流与暗电流之差称为光电流。 5.光电管的工作点应选在光电流与阳极电压无关的饱和区域内。 6.金属丝应变传感器设计过程中为了减少横向效应，可采用直线栅式应变计 和箔式应变计结构。 7.反射式光纤位移传感器在位移-输出曲线的前坡区呈线性关系，在后坡区与 距离的平方成反比关系。 8.根据热敏电阻的三种类型，其中临界温度系数型最适合开关型温度传感 器。 9.画出达林顿光电三极管内部接线方式： U CE 10.灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。其定义为： 传感器输出量的变化值与相应的被测量的变化值之比，用公式表示k（x）=Δy/Δx。
11.线性度是指传感器的输出量与输入量之间是否保持理想线性特性的一种度 量。按照所依据的基准之线的不同，线性度分为理论线性度、端基线性度、独立线性度、最小二乘法线性度等。最常用的是最小二乘法线性度。 12.根据敏感元件材料的不同，将应变计分为金属式和半导体式两大类。 13.利用热效应的光电传感器包含光---热、热---电两个阶段的信息变换过 程。 14.应变传感器设计过程中，通常需要考虑温度补偿，温度补偿的方法电桥补 偿法、计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法。 15.应变式传感器一般是由电阻应变片和测量电路两部分组成。 16.传感器的静态特性有灵敏度、线性度、灵敏度界限、迟滞差和稳定性。 17.在光照射下，电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应，入射光 强改变物质导电率的物理现象称为内光电效应。 18.光电管是一个装有光电阴极和阳极的真空玻璃管。 19.光电管的频率响应是指一定频率的调制光照射时光电输出的电流随频率变 化的关系，与其物理结构、工作状态、负载以及入射光波长等因素有关。 多数光电器件灵敏度与调制频率的关系为Sr（f）=Sr。/(1+4π2f2τ2) 20.内光电效应可分为光电导效应和光生伏特效应。 21.国家标准GB7665--87对传感器下的定义是：能够感受规定的被测量并按照 一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 22.传感器按输出量是模拟量还是数字量，可分为模拟量传感器和数字量传感 器
传感器分类及常见传感器的应用
机电一体化技术常用传感器及其原理 班级：机械设计制造及其自动化姓名： 学号：
一、传感器的分类 传感器有许多分类方法，但常用的分类方法有两种，一种是按被测物理量来分；另一种是按传感器的工作原理来分。按被测物理量划分的传感器，常见的有：温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等。 按工作原理可划分为： 1．电学式传感器 电学式传感器是非电量电测技术中应用范围较广的一种传感器，常用的有电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器及电涡流式传感器等。 电阻式传感器是利用变阻器将被测非电量转换为电阻信号的原理制成。电阻式传感器一般有电位器式、触点变阻式、电阻应变片式及压阻式传感器等。电阻式传感器主要用于位移、压力、力、应变、力矩、气流流速、液位和液体流量等参数的测量。 电容式传感器是利用改变电容的几何尺寸或改变介质的性质和含量，从而使电容量发生变化的原理制成。主要用于压力、位移、液位、厚度、水分含量等参数的测量。 电感式传感器是利用改变磁路几何尺寸、磁体位置来改变电感或互感的电感量或压磁效应原理制成的。主要用于位移、压力、力、振动、加速度等参数的测量。 磁电式传感器是利用电磁感应原理，把被测非电量转换成电量制成。主要用于流量、转速和位移等参数的测量。 电涡流式传感器是利用金屑在磁场中运动切割磁力线，在金属内形成涡流的原理制成。主要用于位移及厚度等参数的测量。 2．磁学式传感器 磁学式传感器是利用铁磁物质的一些物理效应而制成的，主要用于位移、转矩等参数的
测量。 3．光电式传感器 光电式传感器在非电量电测及自动控制技术中占有重要的地位。它是利用光电器件的光电效应和光学原理制成的，主要用于光强、光通量、位移、浓度等参数的测量。 4．电势型传感器 电势型传感器是利用热电效应、光电效应、霍尔效应等原理制成，主要用于温度、磁通、电流、速度、光强、热辐射等参数的测量。 5．电荷传感器 电荷传感器是利用压电效应原理制成的，主要用于力及加速度的测量。 6．半导体传感器 半导体传感器是利用半导体的压阻效应、内光电效应、磁电效应、半导体与气体接触产生物质变化等原理制成，主要用于温度、湿度、压力、加速度、磁场和有害气体的测量。 7．谐振式传感器 谐振式传感器是利用改变电或机械的固有参数来改变谐振频率的原理制成，主要用来测量压力。 8．电化学式传感器 电化学式传感器是以离子导电为基础制成，根据其电特性的形成不同，电化学传感器可分为电位式传感器、电导式传感器、电量式传感器、极谱式传感器和电解式传感器等。电化学式传感器主要用于分析气体、液体或溶于液体的固体成分、液体的酸碱度、电导率及氧化还原电位等参数的测量。 另外，根据传感器对信号的检测转换过程，传感器可划分为直接转换型传感器和间接转换型传感器两大类。前者是把输入给传感器的非电量一次性的变换为电信号输出，如光敏电
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一：填空题（每空1分） 1 1.依据传感器的工作原理，传感器分敏感元件，转换元2 件，测量电路三个部分组成。 3 2.半导体应变计应用较普遍的有体型、薄膜型、扩散型、外延型等。4 3.光电式传感器是将光信号转换为电信号的光敏元件，根据光电效应5 可以分为外光电效应，内光电效应，热释电效应三种。 6 4.光电流与暗电流之差称为光电流。 7 5.光电管的工作点应选在光电流与阳极电压无关的饱和区域内。 8 6.金属丝应变传感器设计过程中为了减少横向效应，可采用直线栅式9 应变计和箔式应变计结构。 10 7.反射式光纤位移传感器在位移-输出曲线的前坡区呈线性关系，在11 后坡区与距离的平方成反比关系。 12 8.根据热敏电阻的三种类型，其中临界温度系数型最适合开关型温13 度传感器。 14 9.画出达林顿光电三极管内部接线方式： U C E 15 10.灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。其定16 义为：传感器输出量的变化值与相应的被测量的变化值之比，用公17 式表示 k（x）=Δy/Δx 。 18 11.线性度是指传感器的输出量与输入量之间是否保持理想线性特19
性的一种度量。按照所依据的基准之线的不同，线性度分为理论线性度、20 端基线性度、独立线性度、最小二乘法线性度等。最常用的是最21 小二乘法线性度。 22 12.根据敏感元件材料的不同，将应变计分为金属式和半导体23 式两大类。 24 13.利用热效应的光电传感器包含光---热、热---电两个阶段的信25 息变换过程。 26 14.应变传感器设计过程中，通常需要考虑温度补偿，温度补偿的方法27 电桥补偿法、计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法。 28 15.应变式传感器一般是由电阻应变片和测量电路两部分组成。 29 16.传感器的静态特性有灵敏度、线性度、灵敏度界限、迟滞差和稳30 定性。 31 17.在光照射下，电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效32 应，入射光强改变物质导电率的物理现象称为内光电效应。 33 18.光电管是一个装有光电阴极和阳极的真空玻璃管。 34 19.光电管的频率响应是指一定频率的调制光照射时光电输出的电流随35 频率变化的关系，与其物理结构、工作状态、负载以及入射光波长等因素有36 关。多数光电器件灵敏度与调制频率的关系为Sr（f）=Sr。/(1+4π2f2τ2) 37 20.内光电效应可分为光电导效应和光生伏特效应。 38 21.国家标准GB 7665--87对传感器下的定义是：能够感受规定的被测39 量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和40 转换元件组成。 41
传感器原理及应用
《传感器原理及应用》 实 验 指 导 书 测控技术实验室
实验一金属箔式应变片----单臂、半臂、全桥性能实验 一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂、半臂、全电桥工 作原理和性能。 二、基本原理：电阻丝在外力作用下发生机械变形时,其电阻值发生变化, 这就是电阻应变效应,描述电阻应变效应的关系式为:ΔR/R=Kε式中:ΔR/R 为:ΔR/R电阻丝电阻相对变化, K为应变灵敏系数, ε=ΔL/L为电阻丝长度相对变化, 金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部件受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。对单臂电桥输出电压Uο1=Ek?/4。在半桥性能实验中，不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压Uο2=Ek?/2。在全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，不同的接入邻边，当应变片初始阻力值：R1=R2=R3=R4，其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4时，其桥路输出电压Uο3=Ek?。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。 三、实验设备：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码、数显表、 ±15V、±4V直流电源、万用表。 四、实验方法和要求： 1、根据电子电路知识，实验前设计出实验电路连线图。 2、独力完成实验电路连线。 3、找出这三种电桥输出电压与加负载重量之间的关系，并作出V o=F(m) 的关系曲线。
4、分析、计算三种不同桥路的系统灵敏度S=ΔU/ΔW（ΔU输出电压变化 量，ΔW重量变化量）和非线性误差：δf1=Δm/yF·s×100%式中Δm为 输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差：yF·s满量程 输出平均值，此处为200g。 五、思考题 1、单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：（1）正（受拉）应变片（2） 负（受压）应变片（3）正、负应变片均可以。 2、半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：（1） 对边（2）邻边。 3、全桥测量中，当两组对边（R1、R3为对边）电阻值R相同时，即R1=R3， R2=R4，而R1≠R2时，是否可以组成全桥：（1）可以（2）不可以。